[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20240029829A - Condition based maintenance prediction system using image big data for vehicle bogie sub-units in railway vehicles - Google Patents

Condition based maintenance prediction system using image big data for vehicle bogie sub-units in railway vehicles Download PDF

Info

Publication number
KR20240029829A
KR20240029829A KR1020220108080A KR20220108080A KR20240029829A KR 20240029829 A KR20240029829 A KR 20240029829A KR 1020220108080 A KR1020220108080 A KR 1020220108080A KR 20220108080 A KR20220108080 A KR 20220108080A KR 20240029829 A KR20240029829 A KR 20240029829A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
data
axle
image data
prediction system
condition
Prior art date
Application number
KR1020220108080A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
허성범
목진화
김찬모
Original Assignee
주식회사 우진기전
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 우진기전 filed Critical 주식회사 우진기전
Priority to KR1020220108080A priority Critical patent/KR20240029829A/en
Publication of KR20240029829A publication Critical patent/KR20240029829A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/48Thermography; Techniques using wholly visual means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9515Objects of complex shape, e.g. examined with use of a surface follower device
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72Investigating presence of flaws
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/30Polynomial surface description
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/0002Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004Industrial image inspection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8854Grading and classifying of flaws
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8887Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges based on image processing techniques

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템에 관한 것으로, 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링을 포함하는 대차의 외형을 촬영하여 외형촬영데이터를 제공하는 머신비전부; 상기 차륜 및 축상베어링에 대한 진동을 측정하여 진동측정데이터를 제공하는 진동측정부; 상기 차륜, 차축 및 축상베어링을 촬영하여 열화상데이터를 제공하는 열화상촬영부; 및 상기 외형촬영데이터를 수집하여 인공지능알고리즘을 통해 상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상유무를 탐지하고, 상기 진동측정데이터를 이용하여 상기 차륜 및 축상베어링에 대한 이상진동여부를 탐지하며, 상기 열화상데이터를 이용하여 상기 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상고온여부를 탐지하는 수집탐지부;를 포함함으로써, 철도차량의 부품에 대한 결함을 효과적으로 탐지할 수 있을 뿐만 아니라 부품에 대한 변형, 고장, 탈락 및 이상발열에 대해 예측 및 예지할 수 있다.The present invention relates to a condition-based maintenance prediction system using video big data for the lower part of a railway vehicle bogie, and is a machine that photographs the exterior of the bogie, including wheels, axles, brake discs, and axle bearings, and provides exterior shooting data. vision department; A vibration measuring unit that measures vibration of the wheel and axle bearing and provides vibration measurement data; A thermal imaging unit that provides thermal image data by photographing the wheel, axle, and axle bearing; And by collecting the external shooting data, detecting abnormalities in the wheels, axles, brake discs, and axle bearings through an artificial intelligence algorithm, and detecting abnormal vibrations in the wheels and axle bearings using the vibration measurement data. And, by including a collection and detection unit that detects abnormally high temperatures for the brake disc and axle bearing using the thermal image data, not only can defects in parts of the railway vehicle be effectively detected, but also deformation in the parts. , it is possible to predict and predict breakdown, dropout, and abnormal heat generation.

Description

철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템{CONDITION BASED MAINTENANCE PREDICTION SYSTEM USING IMAGE BIG DATA FOR VEHICLE BOGIE SUB-UNITS IN RAILWAY VEHICLES}Condition-based maintenance prediction system using image big data for railway vehicle bogie lower units {CONDITION BASED MAINTENANCE PREDICTION SYSTEM USING IMAGE BIG DATA FOR VEHICLE BOGIE SUB-UNITS IN RAILWAY VEHICLES}

본 발명은 머신비전부를 통해 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링을 포함하는 대차의 외형촬영데이터를 수집하여 인공지능알고리즘을 통해 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상유무를 탐지하고, 진동측정부를 통해 측정된 차륜 및 축상베어링에 대한 진동측정데이터를 이용하여 차륜 및 축상베어링에 대한 이상진동여부를 탐지하며, 열화상촬영부를 통해 촬영된 차륜, 차축 및 축상베어링에 대한 열화상데이터를 이용하여 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상고온여부를 탐지함으로써, 철도차량의 부품에 대한 결함을 효과적으로 탐지할 수 있을 뿐만 아니라 부품에 대한 변형, 고장, 탈락 및 이상발열에 대해 예측 및 예지할 수 있는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템에 관한 것이다.The present invention collects external photographing data of a bogie including wheels, axles, brake discs, and axle bearings through a machine vision unit, detects abnormalities in the wheels, axles, brake discs, and axle bearings through an artificial intelligence algorithm, and detects vibration. Abnormal vibration of the wheels and axle bearings is detected using vibration measurement data on the wheels and axle bearings measured through the measurement unit, and thermal image data on the wheels, axles, and axle bearings captured through the thermal imaging unit is used. By detecting abnormally high temperatures for brake discs and axle bearings, it is possible to effectively detect defects in parts of railway vehicles, as well as predict and predict deformation, failure, dislodgement, and abnormal heating of parts. This is about a condition-based maintenance prediction system using video big data for vehicle bogie lower units.

잘 알려진 바와 같이, 철도차량은 화물 또는 승객을 대량으로 수송할 수 있을 뿐만 아니라 안전성이 높기 때문에 주요 수송 수단으로 이용되고 있는데, 이러한 철도차량은 그 수송규모로 인해 다양한 기법을 이용하여 사고 발생 가능성을 탐지한 후, 이에 대한 대책이 수립되어야만 한다.As is well known, railway vehicles are used as a major means of transportation not only because they can transport large quantities of cargo or passengers, but also because they are highly safe. Due to their transport scale, these railway vehicles use various techniques to reduce the possibility of accidents occurring. After detection, countermeasures must be established.

그리고, 철도차량은 레일을 따라 운행되기 때문에, 철도사고는 부품의 노후화, 결함, 손상 등에 따라 발생될 수 있는데, 주로, 차축, 차륜 등에서 발생되는 결합이 원인이 되기 때문에, 차축, 차륜 등의 상태가 미리 탐지될 필요가 있다.In addition, since railway vehicles run along rails, railway accidents can occur due to aging, defects, or damage to parts. This is mainly caused by coupling occurring in axles, wheels, etc., and the condition of the axles, wheels, etc. needs to be detected in advance.

이와 같은 결함은 다양한 형태로 발생되기 때문에, 단순한 외관검사만으로는 식별되기 어렵고, 하나의 철도차량에 복수개의 차축 및 차륜이 결합되어 있기 때문에, 탐지검사가 동시에 이루어지는 것 또한 어렵다.Because such defects occur in various forms, they are difficult to identify through simple external inspection, and because multiple axles and wheels are combined in one railroad car, it is also difficult to conduct detection inspection simultaneously.

상술한 바와 같은 철도차량의 부품의 탐지 및 진단과 관련하여 철도차량의 진입속도 및 진동주파수를 탐지하여 철도차량의 결함을 탐지하는 기술에 제안되었는데, 이는 철도차량 및 노선에 설치된 센서를 통해 차체별 차량의 이상상태를 탐지하면서 관리시스템과 무선통신을 수행하는 방식으로 수행될 수 있다.In relation to the detection and diagnosis of railway vehicle parts as described above, a technology was proposed to detect defects in railway vehicles by detecting the entry speed and vibration frequency of the railway vehicle. This can be done by detecting abnormal conditions in the vehicle and performing wireless communication with the management system.

하지만, 철도차량의 부품에 대한 결함은 다양한 형태로 발생될 수 있고, 선로 또는 주변환경과 결함에 따라 작동상태가 변할 수 있기 때문에 다양한 방식으로 부품 결함에 대해 탐지될 필요가 있으며, 이에 대한 기술의 개발이 시급한 실정이다.However, defects in railway vehicle parts can occur in various forms, and operating conditions can change depending on the track or surrounding environment and defects, so it is necessary to detect parts defects in various ways, and technology for this is needed. Development is urgently needed.

1. 한국등록특허 제10-0388535호(2003.06.10.등록)1. Korean Patent No. 10-0388535 (registered on June 10, 2003)

본 발명은 머신비전부를 통해 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링을 포함하는 대차의 외형촬영데이터를 수집하여 인공지능알고리즘을 통해 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상유무를 탐지하고, 진동측정부를 통해 측정된 차륜 및 축상베어링에 대한 진동측정데이터를 이용하여 차륜 및 축상베어링에 대한 이상진동여부를 탐지하며, 열화상촬영부를 통해 촬영된 차륜, 차축 및 축상베어링에 대한 열화상데이터를 이용하여 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상고온여부를 탐지함으로써, 철도차량의 부품에 대한 결함을 효과적으로 탐지할 수 있을 뿐만 아니라 부품에 대한 변형, 고장, 탈락 및 이상발열에 대해 예측 및 예지할 수 있는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템을 제공하고자 한다.The present invention collects external photographing data of a bogie including wheels, axles, brake discs, and axle bearings through a machine vision unit, detects abnormalities in the wheels, axles, brake discs, and axle bearings through an artificial intelligence algorithm, and detects vibration. Abnormal vibration of the wheels and axle bearings is detected using vibration measurement data on the wheels and axle bearings measured through the measurement unit, and thermal image data on the wheels, axles, and axle bearings captured through the thermal imaging unit is used. By detecting abnormally high temperatures for brake discs and axle bearings, it is possible to effectively detect defects in parts of railway vehicles, as well as predict and predict deformation, failure, dislodgement, and abnormal heating of parts. We aim to provide a condition-based maintenance prediction system using video big data for vehicle bogie lower units.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purposes of the embodiments of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. .

본 발명의 실시예에 따르면, 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링을 포함하는 대차의 외형을 촬영하여 외형촬영데이터를 제공하는 머신비전부; 상기 차륜 및 축상베어링에 대한 진동을 측정하여 진동측정데이터를 제공하는 진동측정부; 상기 차륜, 차축 및 축상베어링을 촬영하여 열화상데이터를 제공하는 열화상촬영부; 및 상기 외형촬영데이터를 수집하여 인공지능알고리즘을 통해 상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상유무를 탐지하고, 상기 진동측정데이터를 이용하여 상기 차륜 및 축상베어링에 대한 이상진동여부를 탐지하며, 상기 열화상데이터를 이용하여 상기 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상고온여부를 탐지하는 수집탐지부;를 포함하는 대차 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a machine vision unit for photographing the outer appearance of a bogie including wheels, axles, braking discs, and axle bearings to provide outer photographing data; A vibration measuring unit that measures vibration of the wheel and axle bearing and provides vibration measurement data; A thermal imaging unit that provides thermal image data by photographing the wheel, axle, and axle bearing; And by collecting the external shooting data, detecting abnormalities in the wheels, axles, brake discs, and axle bearings through an artificial intelligence algorithm, and detecting abnormal vibrations in the wheels and axle bearings using the vibration measurement data. and a collection and detection unit that detects abnormally high temperatures for the brake disc and axle bearing using the thermal image data; a condition-based maintenance prediction system using image big data for the lower bogie device of a bogie railway vehicle, including a can be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수집탐지부는, 상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 각 이상상태를 카운팅하고, 카운팅수가 기 설정된 기준값보다 상대적으로 큰 값인 경우 교체시기에 대응하는 경고알람을 제공하는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the collection and detection unit counts each abnormal condition for the wheel, axle, brake disc, and axle bearing, and when the counting number is relatively larger than the preset reference value, the detection unit counts the abnormal condition corresponding to the replacement time. A condition-based maintenance prediction system using video big data for the undercarriage device of a railroad car that provides warning alarms can be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 머신비전부는, 2D 카메라, 3D 카메라, 조명, 조도센서 및 속도센서를 포함하며, 상기 대차의 속도와 조도를 검출하여 상기 2D 카메라, 3D 카메라 및 조명을 제어하는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the machine vision unit includes a 2D camera, a 3D camera, lighting, an illumination sensor, and a speed sensor, and detects the speed and illumination of the cart to use the 2D camera, the 3D camera, and the lighting. A condition-based maintenance prediction system using video big data for the controlled railway vehicle bogie lower unit can be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 진동측정부는, 진동가속도계, 신호변환기 및 데이터링크를 포함하며, 상기 대차의 진동을 측정하여 상기 신호변환기 및 데이터링크를 통해 상기 수집탐지부로 상기 진동측정데이터를 제공하는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the vibration measuring unit includes a vibration accelerometer, a signal converter, and a data link, and measures the vibration of the bogie and transmits the vibration measurement data to the collection and detection unit through the signal converter and the data link. A condition-based maintenance prediction system can be provided using video big data for the underbody device of a railway vehicle bogie that provides.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 열화상촬영부는, 열화상카메라, 광컨버터 및 카메라링크를 포함하며, 상기 대차에 대한 열화상을 촬영하여 상기 광컨버터 및 카메라링크를 통해 상기 수집탐지부로 상기 열화상데이터를 제공하는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the thermal image capturing unit includes a thermal imaging camera, an optical converter, and a camera link, and captures a thermal image of the truck and transmits the thermal image to the collection and detection unit through the optical converter and the camera link. A condition-based maintenance prediction system using image big data for the underbody device of a railway vehicle bogie that provides the thermal image data may be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수집탐지부는, 상기 외형촬영데이터 중 3D 영상데이터와 기준영상데이터를 상기 인공지능알고리즘을 통해 비교하여 상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링의 이상유무를 각각 탐지하는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the collection and detection unit compares 3D image data and reference image data among the external shooting data through the artificial intelligence algorithm to determine whether there is an abnormality in the wheel, axle, brake disc, and axle bearing. A condition-based maintenance prediction system using image big data for each railway vehicle bogie lower device can be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수집탐지부는, 상기 3D 영상데이터 및 기준영상데이터를 비교하기 전에 속도에 따라 이미지를 재정렬시키는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the collection and detection unit performs condition-based maintenance using image big data for a railway vehicle bogie lower device to realign images according to speed before comparing the 3D image data and reference image data. A prediction system may be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수집탐지부는, 상기 3D 영상데이터 및 기준영상데이터에 대한 차이연산을 수행하여 상기 기준영상데이터와 차이가 있는 부분을 검출하는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the collection and detection unit performs a difference operation on the 3D image data and the reference image data to detect parts that are different from the reference image data. A condition-based maintenance prediction system using data can be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 상태기반 유지보수 예측시스템에서 탐지한 상기 제동디스크 및 축상베어링의 이상발열 고장데이터와 상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링의 고장 및 탈락에 대한 2D영상데이터 및 3D영상데이터를 기반으로 빅데이터를 구축하고, 상기 인공지능알고리즘을 적용하여 상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 변형, 고장, 탈락 및 이상발열에 대해 예측하는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템이 제공될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, abnormal heat failure data of the brake disc and axle bearing detected by the condition-based maintenance prediction system and 2D images of failure and detachment of the wheel, axle, brake disc, and axle bearing A railway vehicle bogie lower unit that builds big data based on data and 3D image data and applies the artificial intelligence algorithm to predict deformation, failure, dislodgement, and abnormal heat for the wheels, axles, brake discs, and axle bearings. A condition-based maintenance prediction system using video big data can be provided.

본 발명은 머신비전부를 통해 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링을 포함하는대차의 외형촬영데이터를 수집하여 인공지능알고리즘을 통해 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상유무를 탐지하고, 진동측정부를 통해 측정된 차륜 및 축상베어링에 대한 진동측정데이터를 이용하여 차륜 및 축상베어링에 대한 이상진동여부를 탐지하며, 열화상촬영부를 통해 촬영된 차륜, 차축 및 축상베어링에 대한 열화상데이터를 이용하여 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상고온여부를 탐지함으로써, 철도차량의 부품에 대한 결함을 효과적으로 탐지할 수 있을 뿐만 아니라 부품에 대한 변형, 고장, 탈락 및 이상발열에 대해 예측 및 예지할 수 있다.The present invention collects external photographing data of a bogie including wheels, axles, brake discs, and axle bearings through a machine vision unit, detects abnormalities in the wheels, axles, brake discs, and axle bearings through an artificial intelligence algorithm, and detects vibration. Abnormal vibration of the wheels and axle bearings is detected using vibration measurement data on the wheels and axle bearings measured through the measurement unit, and thermal image data on the wheels, axles, and axle bearings captured through the thermal imaging unit is used. By detecting abnormally high temperatures for brake discs and axle bearings, defects in parts of railway vehicles can be effectively detected, as well as deformation, failure, detachment, and abnormal heating of parts can be predicted and predicted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템의 블록구성도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템을 개념적으로 예시한 도면이며,
도 3 내지 도 13은 본 본 발명의 실시예에 따라 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상유무를 탐지하는 것을 설명하기 위한 도면이고,
도 14 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따라 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링의 이상유무를 탐지하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
Figure 1 is a block diagram of a condition-based maintenance prediction system using image big data for a railway vehicle bogie lower device according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a diagram conceptually illustrating a condition-based maintenance prediction system using image big data for a railway vehicle bogie lower device according to an embodiment of the present invention;
Figures 3 to 13 are diagrams for explaining detection of abnormalities in wheels, axles, brake discs, and axle bearings according to an embodiment of the present invention;
Figures 14 to 16 are diagrams to explain detecting abnormalities in wheels, axles, brake discs, and axle bearings according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the embodiments of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to be understood by those skilled in the art. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In describing embodiments of the present invention, if a detailed description of a known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. The terms described below are terms defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템의 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템을 개념적으로 예시한 도면이며, 도 3 내지 도 13은 본 본 발명의 실시예에 따라 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상유무를 탐지하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 14 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따라 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링의 이상유무를 탐지하는 것을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a block diagram of a condition-based maintenance prediction system using image big data for a railway vehicle bogie lower device according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a block diagram of a condition-based maintenance prediction system for a railroad vehicle bogie lower device according to an embodiment of the present invention. It is a drawing conceptually illustrating a condition-based maintenance prediction system using image big data, and Figures 3 to 13 are diagrams for detecting abnormalities in wheels, axles, brake discs, and axle bearings according to an embodiment of the present invention. Figures 14 to 16 are diagrams for explaining the detection of abnormalities in wheels, axles, brake discs, and axle bearings according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템은 머신비전부(110), 진동측정부(120), 열화상촬영부(130), 수집탐지부(140) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 16, the condition-based maintenance prediction system using image big data for the underbody device of a railway vehicle bogie according to an embodiment of the present invention includes a machine vision unit 110, a vibration measurement unit 120, and a heat It may include an image capturing unit 130, a collection and detection unit 140, etc.

머신비전부(110)는 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링을 포함하는 대차의 외형을 촬영하여 외형촬영데이터를 제공하는 것으로, 2D 카메라, 3D 카메라, 조명, 조도센서 및 속도센서를 포함하며, 대차의 속도와 조도를 검출하여 2D 카메라, 3D 카메라 및 조명을 제어할 수 있다.The machine vision unit 110 provides external shooting data by photographing the external appearance of the bogie, including wheels, axles, brake discs, and axle bearings, and includes a 2D camera, a 3D camera, lighting, an illumination sensor, and a speed sensor. By detecting the speed and illumination of the cart, you can control 2D cameras, 3D cameras, and lighting.

예를 들면, 머신비전부(110)는 도 2에 도시한 바와 같이 철도차량이 레일을 따라 이동하는 경로 상에서 레일을 중심으로 적어도 하나의 2D 카메라와, 적어도 하나의 3D 카메라와, 적어도 하나의 조명과, 적어도 하나의 조도센서와, 적어도 하나의 속도센서가 배치될 수 있다.For example, as shown in FIG. 2, the machine vision unit 110 uses at least one 2D camera, at least one 3D camera, and at least one light centered on the rail on the path along which the railroad car moves along the rail. And, at least one illuminance sensor and at least one speed sensor may be disposed.

여기에서, 철도차량은 최대속도가 대략 60 km/h의 속도로 탐지영역을 통과할 수 있는데, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 적어도 하나의 2D 카메라와, 적어도 하나의 3D 카메라를 이용하여 대차의 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링을 촬영하여 그 외형촬영데이터를 수집탐지부(140)로 제공할 수 있다.Here, the railway vehicle can pass through the detection area at a maximum speed of approximately 60 km/h, using at least one 2D camera and at least one 3D camera, as shown in FIGS. 3 and 4. By photographing the wheels, axles, brake discs, and axle bearings of the bogie, the exterior photographing data can be provided to the collection and detection unit 140.

이 때, 날씨와 같은 환경적인 요인과 철도차량의 하부에 위치하는 대차의 위치적인 요인에 따른 영상선명성을 향상시키기 위해 조도센서를 통해 측정된 조도에 따라 조명의 출력세기를 조절하여 대차를 구성하는 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링의 외형을 효과적으로 촬영할 수 있다.At this time, in order to improve image clarity according to environmental factors such as weather and locational factors of the bogie located at the bottom of the railroad car, the output intensity of the light is adjusted according to the illuminance measured through the illuminance sensor to configure the bogie. The external appearance of wheels, axles, brake discs, and axle bearings can be effectively photographed.

한편, 머신비전부(110)는 속도센서를 통해 철도차량이 진입하는 속도를 측정하여 속도에 따른 이미지의 재정렬을 위해 그 속도데이터를 수집탐지부(140)로 제공할 수 있다.Meanwhile, the machine vision unit 110 can measure the speed at which a railway vehicle enters through a speed sensor and provide the speed data to the collection and detection unit 140 to realign images according to speed.

진동측정부(120)는 차륜 및 축상베어링에 대한 진동을 측정하여 진동측정데이터를 제공하는 것으로, 진동가속도계, 신호변환기 및 데이터링크를 포함하며, 대차의 진동을 측정하여 신호변환기 및 데이터링크를 통해 수집탐지부(140)로 진동측정데이터를 제공할 수 있다.The vibration measurement unit 120 provides vibration measurement data by measuring the vibration of the wheels and axle bearings, and includes a vibration accelerometer, a signal converter, and a data link. It measures the vibration of the bogie and provides vibration measurement data through the signal converter and data link. Vibration measurement data can be provided to the collection and detection unit 140.

예를 들면, 진동측정부(120)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 철도차량이 레일을 따라 이동하는 경로 상에서 레일을 따라 적어도 하나의 진동가속도계가 배치될 수 있으며, 이를 통해 측정된 가속도정보는 신호변환기 및 데이터링크를 통해 차륜 및 축상베어링에 대응하는 진동측정데이터로 하여 수집탐지부(140)로 제공될 수 있다.For example, the vibration measuring unit 120 may have at least one vibration accelerometer disposed along the rail on the path in which the railroad car moves along the rail, as shown in FIGS. 2 and 3, and the acceleration measured through this Information can be provided to the collection and detection unit 140 as vibration measurement data corresponding to the wheel and axle bearing through a signal converter and data link.

이러한 진동측정부(120)는 적어도 하나의 음향센서(예를 들면, 사운드캠 등)을 추가적으로 배치할 수 있으며, 이로부터 측정된 음향데이터는 진동측정데이터에 포함되어 수집탐지부(140)로 제공할 수 있다.This vibration measurement unit 120 may additionally place at least one acoustic sensor (for example, a sound cam, etc.), and the acoustic data measured therefrom is included in the vibration measurement data and provided to the collection and detection unit 140. can do.

열화상촬영부(130)는 차륜, 차축 및 축상베어링을 촬영하여 열화상데이터를 제공하는 것으로, 열화상카메라, 광컨버터 및 카메라링크를 포함하며, 대차에 대한 열화상을 촬영하여 광컨버터 및 카메라링크를 통해 수집탐지부(140)로 열화상데이터를 제공할 수 있다.The thermal imaging unit 130 provides thermal image data by photographing the wheels, axles, and axle bearings, and includes a thermal imaging camera, an optical converter, and a camera link. It captures thermal images of the bogie and provides thermal image data to the optical converter and camera. Thermal image data can be provided to the collection and detection unit 140 through a link.

예를 들면, 열화상촬영부(130)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 철도차량이 레일을 따라 이동하는 경로 상에서 레일의 중앙부에서 상부로 향하는 촬영방향을 갖도록 적어도 하나의 열화상카메라를 배치할 수 있으며, 이로부터 촬영된 열화상이미지는 광컨버터 및 카메라링크를 통해 차륜, 차축 및 축상베어링에 대한 열화상데이터로 하여 수집탐지부(140)로 제공할 수 있다.For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the thermal imaging unit 130 includes at least one thermal imaging camera with an imaging direction pointing upward from the center of the rail on the path along which the railroad car moves along the rail. It can be arranged, and the thermal image captured therefrom can be provided to the collection and detection unit 140 as thermal image data for the wheel, axle, and axle bearing through an optical converter and camera link.

한편, 도 2에 도시한 바와 같이 상술한 바와 같은 머신비전부(110), 진동측정부(120) 및 열화상촬영부(130)의 각 센서들외에도 철도차량의 차호를 인식할 수 있는 적어도 하나의 차호인식센서와, 철도차량의 진입을 감지하는 적어도 하나의 검지센서가 추가적으로 구비될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, in addition to each sensor of the machine vision unit 110, vibration measurement unit 120, and thermal imaging unit 130 as described above, there is at least one sensor capable of recognizing the car number of the railway vehicle. A car sign recognition sensor and at least one detection sensor that detects the entry of a railway vehicle may be additionally provided.

수집탐지부(140)는 외형촬영데이터를 수집하여 인공지능알고리즘을 통해 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상유무를 탐지하고, 진동측정데이터를 이용하여 차륜 및 축상베어링에 대한 이상진동여부를 탐지하며, 열화상데이터를 이용하여 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상고온여부를 탐지하는 것으로, 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 각 이상상태를 카운팅하고, 카운팅수가 기 설정된 기준값보다 상대적으로 큰 값인 경우 교체시기에 대응하는 경고알람을 제공할 수 있다.The collection and detection unit 140 collects external shooting data, detects abnormalities in the wheels, axles, brake discs, and axle bearings through an artificial intelligence algorithm, and uses vibration measurement data to determine whether there are abnormal vibrations in the wheels and axle bearings. Detects abnormally high temperatures for the brake disc and axle bearing using thermal image data. Each abnormal condition for the wheel, axle, brake disc, and axle bearing is counted, and the counting number is relative to the preset standard value. If the value is large, a warning alarm corresponding to the replacement period can be provided.

여기에서, 인공지능알고리즘은 예를 들면, CNN(convolution neural network)알고리즘 등을 포함할 수 있는데, CNN알고리즘은 이미지를 찾는데 유용한 알고리즘으로, 데이터에서 이미지를 직접 학습하고, 패턴을 사용하여 이미지를 분류할 수 있으며, 이미지의 공간정보를 유지한 상태로 학습하여 이미지를 효과적으로 처리할 수 있는 장점이 있다.Here, the artificial intelligence algorithm may include, for example, a CNN (convolution neural network) algorithm. The CNN algorithm is a useful algorithm for finding images, and learns images directly from data and classifies images using patterns. It has the advantage of being able to effectively process images by learning while maintaining the spatial information of the image.

예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이 수집탐지부(140)는 대차를 구성하는 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 복수의 이미지를 이용하여 정상상태와 이상상태에 대한 인공지능학습을 수행한 후에, 학습된 인공지능알고리즘을 통해 머신비전부(110)로부터 제공되는 외형촬영데이터를 이용하여 대차의 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 외형의 이상유무(즉, 파손, 크랙, 패임 등)를 각각 탐지할 수 있다.For example, as shown in FIG. 5, the collection and detection unit 140 performs artificial intelligence learning about normal and abnormal states using a plurality of images of the wheels, axles, brake discs, and axle bearings that make up the bogie. After performing the operation, the appearance shooting data provided from the machine vision unit 110 through the learned artificial intelligence algorithm is used to check whether there are any abnormalities in the appearance of the wheels, axles, brake discs, and axle bearings of the bogie (i.e., damage, cracks, etc.) dents, etc.) can be detected individually.

아울러, 수집탐지부(140)는 머신비전부(110)로부터 속도데이터가 제공될 경우 머신비전부(110)로 촬영제어신호를 제공하여 속도데이터에 대응하여 2D 카메라와 3D 카메라의 촬영속도(즉, 셔터스피드)를 제어할 수 있으며, 이와 함께 셔터스피드에 연동되어 조명의 발광을 제어하는 발광제어신호를 머신비전부(110)로 제공할 수 있다.In addition, when speed data is provided from the machine vision unit 110, the collection and detection unit 140 provides a shooting control signal to the machine vision unit 110 to determine the shooting speed of the 2D camera and the 3D camera in response to the speed data (i.e. , shutter speed) can be controlled, and in addition, a light emission control signal that controls the emission of lighting in conjunction with the shutter speed can be provided to the machine vision unit 110.

한편, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 수집탐지부(140)는 열화상촬영부(130)로부터 차축 및 차축베어링에 대한 열화상데이터를 이용하여 차축 및 차축베어링에 대한 이상유무를 검사할 수 있는데, 차축 및 차축베어링에 대한 열화상데이터를 제공받아 차축 및 차축베어링에 대한 온도를 검출하고, 온도분석범위(예를 들면, -40 내지 600 ℃, 분해능은 ±1 ℃)에 따라 차축 및 차축베어링에 대한 정상상태 또는 이상상태를 판단(즉, 차축 및 차축베어링에 대한 이상상태 패턴 인식 및 상태 예측 등)할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIGS. 6 and 7, the collection and detection unit 140 uses thermal image data on the axle and axle bearing from the thermal imaging unit 130 to inspect the axle and the axle bearing for abnormalities. This can be done by receiving thermal image data for the axle and axle bearing, detecting the temperature of the axle and axle bearing, and It is possible to determine the normal or abnormal state of the axle bearing (i.e., recognize abnormal state patterns and predict the state of the axle and axle bearing, etc.).

그리고, 도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이 수집탐지부(140)는 머신비전부(110)로부터 제동디스크에 대한 외형촬영데이터와, 열화상촬영부(130)로부터 제동디스크에 대한 열화상데이터를 이용하여 제동디스크의 이상유무를 검사할 수 있는데, 수집탐지부(140)는 제동디스크에 대한 복수의 이미지를 이용하여 정상상태와 이상상태에 대한 인공지능학습을 수행한 후에, 학습된 인공지능알고리즘을 통해 머신비전부(110)로부터 제공되는 외형촬영데이터를 이용하여 제동디스크 외형의 이상유무를 각각 탐지할 수 있다.And, as shown in FIGS. 8 to 10, the collection and detection unit 140 collects external imaging data for the braking disk from the machine vision unit 110 and thermal image data for the braking disk from the thermal imaging unit 130. The presence or absence of abnormalities in the braking disc can be checked using the collection and detection unit 140, which performs artificial intelligence learning on normal and abnormal states using a plurality of images of the braking disc, and then performs artificial intelligence learning on the learned artificial intelligence. Through an algorithm, the presence or absence of abnormalities in the external appearance of the braking disc can be detected using the external photographing data provided from the machine vision unit 110.

또한, 수집탐지부(140)는 제동디스크에 대한 열화상데이터를 제공받아 제동디스크에 대한 온도를 검출하고, 온도분석범위(예를 들면, -40 내지 55 ℃, 분해능은 ±1 ℃)에 따라 제동디스크에 대한 정상상태 또는 이상상태를 판단(즉, 제동디스크에 대한 이상상태 패턴 인식 및 상태 예측 등)할 수 있다.In addition, the collection and detection unit 140 receives thermal image data for the braking disc, detects the temperature of the braking disc, and detects the temperature according to the temperature analysis range (e.g., -40 to 55 ℃, resolution ±1 ℃). It is possible to determine the normal state or abnormal state of the braking disk (i.e., recognize the abnormal state pattern and predict the state of the braking disk, etc.).

그리고, 도 11 내지 도 13에 도시한 바와 같이 수집탐지부(1140)는 진동측정부(120)로부터 제공되는 차륜의 진동측정데이터와, 열화상촬영부(130)로부터 제공되는 차륜의 열화상데이터를 이용하여 차륜의 이상유무를 검사할 수 있는데, 진동측정부(120)로부터 제공되는 차륜의 진동측정데이터에서 진동주파수를 수집하고, 이산푸리에변환 분석(예를 들면, 분석범위 0-50 G, 분해능은 25N)을 수행할 수 있다.And, as shown in FIGS. 11 to 13, the collection and detection unit 1140 collects the vibration measurement data of the wheel provided from the vibration measurement unit 120 and the thermal image data of the wheel provided from the thermal imaging unit 130. The presence or absence of abnormalities in the wheel can be checked by collecting the vibration frequency from the vibration measurement data of the wheel provided from the vibration measurement unit 120 and analyzing the discrete Fourier transform (for example, analysis range 0-50 G, The resolution is 25N).

또한, 수집탐지부(1140)는 차륜에 대한 열화상데이터를 제공받아 차륜에 대한 온도를 검출하고, 온도분석범위(예를 들면, -40 내지 200 ℃, 분해능은 ±1 ℃)에 따라 차륜에 대한 정상상태 또는 이상상태를 판단(즉, 차륜에 대한 이상상태 패턴 인식 및 상태 예측 등)할 수 있다.In addition, the collection and detection unit 1140 receives thermal image data for the wheel, detects the temperature of the wheel, and detects the temperature of the wheel according to the temperature analysis range (e.g., -40 to 200 ℃, resolution ±1 ℃). It is possible to determine a normal state or an abnormal state (i.e., recognize an abnormal state pattern for a vehicle, predict the state, etc.).

상술한 바와 같은 수집탐지부(140)는 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링 중에서 선택된 어느 하나의 이상유무를 카운팅한 카운팅수가 기 설정된 기준값보다 상대적으로 더 큰 값인 경우 해당 부품의 교체시기를 예측할 수 있으며, 교체시기에 대응하는 경고알람을 제공할 수 있다.The collection and detection unit 140 as described above can predict the replacement time of the corresponding part if the counting number for counting the presence or absence of an abnormality in any one selected among the wheel, axle, brake disc, and axle bearing is relatively larger than the preset reference value. In addition, a warning alarm corresponding to replacement time can be provided.

예를 들면, 기준값을 즉각 교체와 대응하여 설정하면, 카운팅수가 기 설정된 기준값보다 상대적으로 더 큰 값인 경우 즉각 교체를 위한 경고알람을 제공할 수 있고, 기준값을 1개월 후 교체와 대응하여 설정하면, 카운팅수가 기 설정된 기준값보다 상대적으로 더 큰 값인 경우 1개월 내에 교체해야 한다는 경고알람을 제공할 수 있다.For example, if the standard value is set to correspond to immediate replacement, a warning alarm for immediate replacement can be provided if the counting number is relatively larger than the preset standard value, and if the standard value is set to correspond to replacement after 1 month, If the counting number is relatively larger than the preset standard value, a warning alarm can be provided indicating that it must be replaced within 1 month.

이러한 카운팅수의 체크는 각 부품별로 수행되거나, 전체 부품에 대해 수행될 수 있으며, 유사한 특성을 나타내는 부품별로 분류하여 수행할 수 있음은 물론이다.This checking of the counting number can be performed for each part or for all parts, and of course, it can be performed by classifying parts that exhibit similar characteristics.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 대차 이상상태 검지장치의 탐지 정밀도는 아래의 표 1에 나타낸 바와 같다.Meanwhile, the detection accuracy of the bogie abnormality detection device according to the embodiment of the present invention is as shown in Table 1 below.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 대차 이상상태 검지장치에서는 비전검사의 경우 대차의 하부, 측면에 대한 주요부품을 인식하여 변형 및 탈락 여부를 탐지 및 판단할 수 있고, 제동디스크의 패턴을 인식하여 상태 예측에 대한 탐지 및 판단을 수행할 수 있다.That is, in the case of vision inspection, the bogie abnormal condition detection device according to an embodiment of the present invention can detect and determine deformation and falloff by recognizing major parts on the bottom and side of the bogie, and recognizes the pattern of the braking disc. Detection and judgment on state prediction can be performed.

그리고, 열화상검사의 경우 축상베어링에 대해 ??40 내지 600 ℃의 온도범위(분해능 ±1 ℃)에서 온도를 측정 및 구별하여 이상유무를 탐지 및 판단할 수 있고, 제동디스크에 대해 ??40 내지 55 ℃의 온도범위(분해능 ±1 ℃)에서 온도를 측정 및 구별하여 이상유무를 탐지 및 판단할 수 있다.In addition, in the case of thermal imaging inspection, it is possible to detect and determine whether there is an abnormality by measuring and distinguishing the temperature in the temperature range of ??40 to 600 ℃ (resolution ±1 ℃) for the shaft bearing, and ??40 for the brake disc. It is possible to detect and determine whether there is an abnormality by measuring and distinguishing the temperature in the temperature range of 55 ℃ to 55 ℃ (resolution ±1 ℃).

또한, 진동검사의 경우 축상베어링에 대해 0-50 g의 측정범위(25N)에서 진동주파수를 측정 및 구별하여 이상유무를 탐지 및 판단할 수 있고, 차륜에 대해 0-50 g의 측정범위(25N)에서 진동주파수를 측정 및 구별하여 이상유무를 탐지 및 판단할 수 있다.In addition, in the case of vibration inspection, the presence or absence of abnormalities can be detected and judged by measuring and distinguishing the vibration frequency in the measurement range of 0-50 g (25N) for the axle bearing, and the presence or absence of abnormalities can be detected and judged in the measurement range of 0-50 g (25N) for the wheel. ), you can detect and determine whether there is an abnormality by measuring and distinguishing the vibration frequency.

한편, 상술한 바와 같은 수집탐지부(140)는 인공지능알고리즘을 통해 외형촬영데이터 중 3D 영상데이터와 기준영상데이터를 비교하여 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링의 이상유무를 각각 탐지할 수 있는데, 3D 영상데이터 및 기준영상데이터를 비교하기 전에 속도에 따라 이미지를 재정렬시킬 수 있고, 3D 영상데이터 및 기준영상데이터에 대한 차이연산을 수행하여 기준영상데이터와 차이가 있는 부분을 검출할 수 있다.Meanwhile, the collection and detection unit 140 as described above can detect abnormalities in the wheels, axles, brake discs, and axle bearings by comparing 3D image data and reference image data among the external shooting data through an artificial intelligence algorithm. , Before comparing 3D image data and reference image data, images can be rearranged according to speed, and differences from the reference image data can be detected by performing a difference operation on the 3D image data and reference image data.

예를 들면, 도 14에 도시한 바와 같이 수집탐지부(140)는 머신비전부(110)로부터 제공되는 3D 영상데이터와 기 저장된 기준영상데이터를 정규화(normalization)하여 전처리하되, 기준영상데이터에서 철도차량의 시작점(head)을 정의해 두고, 시작점에 대응하는 이미지의 데이터 도수분포표인 히스토그램(histogram)을 추출한 후에, 헤드파인더(head finder)를 통해 3D 영상데이터에서 히스토그램이 일치하는 부분을 검출할 수 있으며, 3D 영상데이터에서 시작점을 검출할 경우 기준영상데이터를 분할하여 재정렬할 수 있다.For example, as shown in FIG. 14, the collection and detection unit 140 normalizes and pre-processes the 3D image data provided from the machine vision unit 110 and the previously stored reference image data. After defining the starting point (head) of the vehicle and extracting the histogram, which is the data frequency distribution table of the image corresponding to the starting point, the part where the histogram matches can be detected in the 3D image data through a head finder. In addition, when a starting point is detected in 3D image data, the reference image data can be divided and rearranged.

즉, 도 15의 왼쪽 도면에 도시한 바와 같이 헤드파인더를 통해 찾아낸 시작점(즉, 상부 기준영상데이터)과 하부(3D 영상데이터)의 시작점(세로줄 부분)을 일치하도록 재정렬할 수 있다.That is, as shown in the left drawing of FIG. 15, the starting point (i.e., upper reference image data) found through the head finder and the lower (3D image data) starting point (vertical line portion) can be rearranged to match.

그리고, 철도차량의 속도에 의해 대차를 촬영하는 외형촬영데이터는 이미지가 늘어지거나, 혹은 줄어드는 현상이 발생하게 되는데, 이를 해결하기 위해 머신비전부(110)로부터 변화되는 속도데이터를 제공받아 이미지를 재정렬하는 방식으로 속도교정(speed calibration)을 수행할 수 있다. 즉, 도 15의 오른쪽 도면에 도시한 바와 같이 감속 중인 상황을 상정하여 늘어진 이미지를 원래의 속도에 맞추어 교정할 수 있다.In addition, the appearance shooting data of the bogie due to the speed of the railway vehicle causes the image to stretch or shrink. To solve this, the changing speed data is provided from the machine vision unit 110 and the image is rearranged. Speed calibration can be performed in this way. That is, as shown in the right drawing of FIG. 15, assuming a situation of deceleration, the stretched image can be corrected to match the original speed.

다음에, 도 16에 도시한 바와 같이 수집탐지부(140)는 전처리를 수행한 3D 영상데이터 및 기준영상데이터에 대한 차이연산(difference calculation)을 수행할 수 있고, 기준영상데이터에 대비하여 3D 영상데이터의 픽셀값이 차이가 나는 부분을 표시할 수 있으며, 이미지를 미분하여 등고선을 표현하는 방식으로 픽셀값의 변화가 확실하게 발생한 부분(contour)을 검출할 수 있다.Next, as shown in FIG. 16, the collection and detection unit 140 can perform difference calculation on the pre-processed 3D image data and the reference image data, and compare the 3D image data with the reference image data. It is possible to display areas where the pixel values of the data differ, and by differentiating the image to express contour lines, it is possible to detect areas where changes in pixel values clearly occur (contours).

이에 따라, 수집탐지부(140)는 철도차량의 속도에 따라 외형촬영이미지를 보정한 후에, 기준영상데이터와 비교하여 이상상태의 대차 부품을 효과적으로 탐지 및 검출할 수 있다.Accordingly, the collection and detection unit 140 can effectively detect and detect abnormal condition bogie parts by correcting the external shooting image according to the speed of the railway vehicle and then comparing it with the reference image data.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에에서는 상태기반 유지보수 예측시스템에서 탐지한 제동디스크 및 축상베어링의 이상발열 고장데이터와 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링의 고장 및 탈락에 대한 2D영상데이터 및 3D영상데이터를 기반으로 빅데이터를 구축하고, 인공지능알고리즘을 적용하여 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 변형, 고장, 탈락 및 이상발열에 대해 예측 및 예지할 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, abnormal heat failure data of the brake disc and axle bearing detected by the condition-based maintenance prediction system, 2D image data for failure and separation of the wheel, axle, brake disc, and axle bearing, and By building big data based on 3D image data and applying artificial intelligence algorithms, it is possible to predict and predict deformation, failure, dislodgement, and abnormal heat for wheels, axles, brake discs, and axle bearings.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 머신비전부를 통해 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링을 포함하는 대차의 외형촬영데이터를 수집하여 인공지능알고리즘을 통해 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상유무를 탐지하고, 진동측정부를 통해 측정된 차륜 및 축상베어링에 대한 진동측정데이터를 이용하여 차륜 및 축상베어링에 대한 이상진동여부를 탐지하며, 열화상촬영부를 통해 촬영된 차륜, 차축 및 축상베어링에 대한 열화상데이터를 이용하여 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상고온여부를 탐지함으로써, 철도차량의 부품에 대한 결함을 효과적으로 탐지할 수 있을 뿐만 아니라 부품에 대한 변형, 고장, 탈락 및 이상발열에 대해 예측 및 예지할 수 있다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, external photographing data of the bogie including the wheels, axles, braking discs, and axle bearings are collected through the machine vision unit, and the wheels, axles, brake discs, and axle bearings are captured through an artificial intelligence algorithm. Detects abnormalities, detects abnormal vibrations in wheels and axle bearings using vibration measurement data on wheels and axle bearings measured through the vibration measurement unit, and detects abnormal vibrations in the wheels, axles, and axle bearings captured through the thermal imaging unit. By using thermal imaging data to detect abnormally high temperatures for brake discs and axle bearings, defects in parts of railway vehicles can be effectively detected, as well as deformation, failure, fall-off, and abnormal heating of parts. Can predict and foresee.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.In the above description, various embodiments of the present invention have been presented and explained, but the present invention is not necessarily limited thereto, and those skilled in the art will understand various embodiments without departing from the technical spirit of the present invention. It will be easy to see that branch substitutions, transformations, and changes are possible.

110 : 머신비전부 120 : 진동측정부
130 : 열화상촬영부 140 : 수집탐지부
110: Machine vision unit 120: Vibration measurement unit
130: thermal imaging unit 140: collection and detection unit

Claims (9)

차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링을 포함하는 대차의 외형을 촬영하여 외형촬영데이터를 제공하는 머신비전부;
상기 차륜 및 축상베어링에 대한 진동을 측정하여 진동측정데이터를 제공하는 진동측정부;
상기 차륜, 차축 및 축상베어링을 촬영하여 열화상데이터를 제공하는 열화상촬영부; 및
상기 외형촬영데이터를 수집하여 인공지능알고리즘을 통해 상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상유무를 탐지하고, 상기 진동측정데이터를 이용하여 상기 차륜 및 축상베어링에 대한 이상진동여부를 탐지하며, 상기 열화상데이터를 이용하여 상기 제동디스크 및 축상베어링에 대한 이상고온여부를 탐지하는 수집탐지부;
를 포함하는 철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템.
A machine vision unit that photographs the exterior of the bogie, including wheels, axles, brake discs, and axle bearings, and provides exterior imaging data;
A vibration measuring unit that measures vibration of the wheel and axle bearing and provides vibration measurement data;
A thermal imaging unit that provides thermal image data by photographing the wheel, axle, and axle bearing; and
Collect the external shooting data to detect abnormalities in the wheels, axles, brake discs, and axle bearings through an artificial intelligence algorithm, and use the vibration measurement data to detect abnormal vibrations in the wheels and axle bearings. , a collection and detection unit that detects abnormally high temperatures for the braking disc and axle bearing using the thermal image data;
A condition-based maintenance prediction system using video big data for the underbody device of a railway vehicle bogie, including.
청구항 1에 있어서,
상기 수집탐지부는,
상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 각 이상상태를 카운팅하고, 카운팅수가 기 설정된 기준값보다 상대적으로 큰 값인 경우 교체시기에 대응하는 경고알람을 제공하는
철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템.
In claim 1,
The collection and detection unit,
Counts each abnormal condition for the wheel, axle, brake disc, and axle bearing, and provides a warning alarm corresponding to replacement time if the counting number is relatively larger than the preset standard value.
Condition-based maintenance prediction system using video big data for railway vehicle bogie lower units.
청구항 2에 있어서,
상기 머신비전부는,
2D 카메라, 3D 카메라, 조명, 조도센서 및 속도센서를 포함하며, 상기 대차의 속도와 조도를 검출하여 상기 2D 카메라, 3D 카메라 및 조명을 제어하는
철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템.
In claim 2,
The machine vision department,
It includes a 2D camera, a 3D camera, lighting, an illumination sensor, and a speed sensor, and detects the speed and illumination of the cart to control the 2D camera, 3D camera, and lighting.
Condition-based maintenance prediction system using video big data for railway vehicle bogie lower units.
청구항 3에 있어서,
상기 진동측정부는,
진동가속도계, 신호변환기 및 데이터링크를 포함하며, 상기 대차의 진동을 측정하여 상기 신호변환기 및 데이터링크를 통해 상기 수집탐지부로 상기 진동측정데이터를 제공하는
철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템.
In claim 3,
The vibration measuring unit,
It includes a vibration accelerometer, a signal converter, and a data link, and measures the vibration of the bogie and provides the vibration measurement data to the collection and detection unit through the signal converter and data link.
Condition-based maintenance prediction system using video big data for railway vehicle bogie lower units.
청구항 4에 있어서,
상기 열화상촬영부는,
열화상카메라, 광컨버터 및 카메라링크를 포함하며, 상기 대차에 대한 열화상을 촬영하여 상기 광컨버터 및 카메라링크를 통해 상기 수집탐지부로 상기 열화상데이터를 제공하는
철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템.
In claim 4,
The thermal imaging unit,
It includes a thermal imaging camera, an optical converter, and a camera link, and takes thermal images of the cart and provides the thermal image data to the collection and detection unit through the optical converter and camera link.
Condition-based maintenance prediction system using video big data for railway vehicle bogie lower units.
청구항 5에 있어서,
상기 수집탐지부는,
상기 외형촬영데이터 중 3D 영상데이터와 기준영상데이터를 상기 인공지능알고리즘을 통해 비교하여 상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링의 이상유무를 각각 탐지하는
철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템.
In claim 5,
The collection and detection unit,
Comparing 3D image data and reference image data among the appearance shooting data through the artificial intelligence algorithm to detect abnormalities in the wheels, axles, brake discs, and axle bearings, respectively.
Condition-based maintenance prediction system using video big data for railway vehicle bogie lower units.
청구항 6에 있어서,
상기 수집탐지부는,
상기 3D 영상데이터 및 기준영상데이터를 비교하기 전에 속도에 따라 이미지를 재정렬시키는
철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템.
In claim 6,
The collection and detection unit,
Reordering images according to speed before comparing the 3D image data and reference image data
Condition-based maintenance prediction system using video big data for railway vehicle bogie lower units.
청구항 7에 있어서,
상기 수집탐지부는,
상기 3D 영상데이터 및 기준영상데이터에 대한 차이연산을 수행하여 상기 기준영상데이터와 차이가 있는 부분을 검출하는
철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템.
In claim 7,
The collection and detection unit,
Performing difference calculation on the 3D image data and reference image data to detect parts that are different from the reference image data
Condition-based maintenance prediction system using video big data for railway vehicle bogie lower units.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상태기반 유지보수 예측시스템에서 탐지한 상기 제동디스크 및 축상베어링의 이상발열 고장데이터와 상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링의 고장 및 탈락에 대한 2D영상데이터 및 3D영상데이터를 기반으로 빅데이터를 구축하고, 상기 인공지능알고리즘을 적용하여 상기 차륜, 차축, 제동디스크 및 축상베어링에 대한 변형, 고장, 탈락 및 이상발열에 대해 예측하는
철도차량 대차 하부장치용 영상빅데이터를 활용한 상태기반 유지보수 예측시스템.
The method according to any one of claims 1 to 8,
Big data based on abnormal heat generation failure data of the brake disc and axle bearing detected by the condition-based maintenance prediction system and 2D image data and 3D image data about failure and separation of the wheel, axle, brake disc, and axle bearing. Build and apply the artificial intelligence algorithm to predict deformation, failure, dropout, and abnormal heat for the wheels, axles, brake discs, and axle bearings.
Condition-based maintenance prediction system using video big data for railway vehicle bogie lower units.
KR1020220108080A 2022-08-29 2022-08-29 Condition based maintenance prediction system using image big data for vehicle bogie sub-units in railway vehicles KR20240029829A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220108080A KR20240029829A (en) 2022-08-29 2022-08-29 Condition based maintenance prediction system using image big data for vehicle bogie sub-units in railway vehicles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220108080A KR20240029829A (en) 2022-08-29 2022-08-29 Condition based maintenance prediction system using image big data for vehicle bogie sub-units in railway vehicles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240029829A true KR20240029829A (en) 2024-03-07

Family

ID=90272161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220108080A KR20240029829A (en) 2022-08-29 2022-08-29 Condition based maintenance prediction system using image big data for vehicle bogie sub-units in railway vehicles

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240029829A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100388535B1 (en) 2003-02-21 2003-06-25 Shalom Engineering Co Ltd Apparatus for detecting abnormal state of wheel and pantograph of electric rail car

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100388535B1 (en) 2003-02-21 2003-06-25 Shalom Engineering Co Ltd Apparatus for detecting abnormal state of wheel and pantograph of electric rail car

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10088300B2 (en) System and method for inspecting the geometric parameters of the wheels of railway vehicles
US12066287B2 (en) Brake component monitoring
CN105869408B (en) A kind of wheel hub temperature anomaly detection and method for early warning and system
AU2018224073B2 (en) Broken wheel detection system
US8335606B2 (en) Thermal imaging-based vehicle analysis
JP2019528453A (en) Apparatus, method and computer program product for inspecting automobiles
CN111942434A (en) Intelligent fault image detection device for key parts of railway wagon
CN105115605A (en) Track train infrared detection system and detection method
KR20190024447A (en) Real-time line defect detection system
KR20190090264A (en) A System for Processing an Operation Information of a Train
KR20090091837A (en) System and method to monitor a wheel of train
KR20240029829A (en) Condition based maintenance prediction system using image big data for vehicle bogie sub-units in railway vehicles
RU2720603C1 (en) Integrated station for automated reception and diagnostics of rolling stock (prism)
KR20240031447A (en) Condition based maintenance prediction system using image big data for vehicle body sub-units in railway vehicles
KR20140133635A (en) System and method for monitoring of railway vehicles
JP2016097868A (en) Method of numerically identifying contact position between wheel of running railway vehicle and rail, and automatic identifying device of contact position between wheel and rail
CN112082507A (en) Intelligent detection system for subway vehicle faults
CN114572273B (en) Railway vehicle wheel set tread 3D image detection method
KR102412379B1 (en) A Multiple Diagnosing System for a Train Wheel and a Train Axle Bearing
CN107392093A (en) A kind of rail identifying system being combined based on machine learning and gray projection algorithm
CN106828534A (en) The apparatus and method that Wheel/Rail Contact Point on rail is detected during train driving
KR20240083822A (en) Train shape scanning method using tri-linear scan camera
EP4339581A1 (en) System and method for automated visual inspection of an undercarriage of a vehicle such as a train and use thereof
KR20090066833A (en) Temperature Sensing System and Method of Undercarriage Equipment Using Thermal Camera
RU2668774C2 (en) Device for determining parameters of rolling stock units

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20220829

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application